El microscopio sin lentes más simple y barato fabricado hasta ahora

Mediante el uso de un sensor de cámara digital de 1,50 dólares, un grupo de científicos en Caltech (California Institute of Technology) ha creado el microscopio sin lentes más simple y más barato fabricado hasta ahora. Este dispositivo podría tener muchas aplicaciones, entre las que se incluye la mejora del diagnóstico de enfermedades en el mundo en desarrollo, así como permitir el análisis rápido de nuevos medicamentos.

La mejor forma actual para el diagnóstico de la malaria consiste en que un técnico experto examine muestras de sangre usando un microscopio óptico convencional. Sin embargo esto resulta poco práctico en algunas partes del mundo donde la malaria es común. Un dispositivo simple y sin lentes conectado a un teléfono inteligente o PDA podría diagnosticar automáticamente las enfermedades. Un microscopio sin lentes también podría ser utilizado para el análisis rápido del cáncer o la detección de medicamentos, haciendo que decenas o cientos de microscopios funcionasen simultáneamente.

El dispositivo de Caltech es muy sencillo. Un sistema de canales microscópicos conocidos como microfluidos conducen una muestra a través de un chip sensible a la luz, que toma imágenes en rápida sucesión a medida que la muestra pasa a través de él. A diferencia de las iteraciones anteriores, no existen otras piezas. Las versiones anteriores incluían agujeros del tamaño de un alfiler y una unidad electrocinética para hacer que las células tomasen una orientación fija con un campo eléctrico. En el nuevo dispositivo, esta complejidad se elimina gracias a un diseño inteligente y algoritmos de software más sofisticados. Las muestras fluyen a través del canal gracias a una pequeña diferencia en la presión desde un extremo del chip al otro. Los responsables del dispositivo lo llaman microscopio optofluídico de resolución a nivel de subpíxel, o SROFM (en sus siglas en inglés).

"La ventaja es que es más sencillo que los intentos anteriores", afirma David Erickson, experto en microfluídica de la Universidad de Cornell.

Las células tienden a rodar al pasar a través de un canal de microfluidos. El nuevo dispositivo utiliza este comportamiento a su favor capturando imágenes y produciendo vídeo. Mediante la toma de imágenes de una célula desde todos los ángulos, un médico puede determinar su volumen, lo cual puede ser útil en la búsqueda de células cancerígenas, por ejemplo. Changhuei Yang, que dirige el laboratorio donde se desarrolló el microscopio, afirma que esto significa que las muestras, como por ejemplo la sangre, no tienen que ser preparadas de antemano en las placas.

La resolución actual del SROFM es de 0,75 micrones, lo cual es comparable a un microscopio óptico de 20 aumentos, afirma Guoan Zheng, autor principal de un artículo reciente sobre el trabajo, publicado en la revista Lab on a Chip.

El sensor tiene píxeles de 0,32 micrones por cada lado, así que esta resolución sólo fue posible mediante un algoritmo de "súper resolución", que une varias imágenes—50 por cada imagen de alta resolución—para crear una imagen de mayor resolución. Sin embargo, las técnicas de super-resolución sólo pueden distinguir características que estén separadas por al menos un píxel, lo que significa que la resolución final debe ser de al menos dos veces el tamaño del píxel. Por ese motivo un pixel de 0,32 micrones de tamaño sólo produce una resolución de 0,75 micras.

La técnica de Zheng utiliza sólo una pequeña porción del chip, lo que le permite capturar las células a 300 fotogramas por segundo, una velocidad relativamente alta. Esto produce una "película" de super-resolución de las células a seis fotogramas por segundo.

El uso de un sensor CMOS de mayor resolución debería permitir una mejor resolución final, asegura Seung Ah Lee, otro colaborador del proyecto. Lee quiere que la resolución alcance el equivalente de 40 aumentos, para que la técnica pueda ser utilizada en el diagnóstico de la malaria a través del reconocimiento automático de células sanguíneas anormales.

Aydogan Ozcan, profesor de la UCLA dedicado al desarrollo de un método que compite con este, afirma que el trabajo de Zheng es "un avance valioso para la microscopía optofluídica", puesto que este sistema es más simple, ofrece una mayor resolución, y es más fácil de usar que los microscopios anteriores. Sin embargo, Ozcan afirma que la técnica tiene limitaciones.

El canal de microfluidos debe ser muy pequeño, señala Ozcan, lo que significa que el método no se puede aplicar a partículas que puedan variar mucho en tamaño, y el canal debe ser construido para dar cabida a la partícula más grande que pueda fluir por él. El propio microscopio sin lentes de Ozcan no utiliza canales de microfluidos, sino que captura un "holograma" de la muestra mediante la interpretación del patrón de interferencia de un LED que brilla a través de él. Este método no tiene esas limitaciones.

"Desde mi punto de vista, se trata de enfoques complementarios", afirma Ozcan, cuyo objetivo final es crear herramientas de diagnóstico baratas, y basadas en teléfonos móviles, para el mundo en desarrollo.